Characterization of Inconel 718 samples manufactured through SLM for propulsive applications

The evaluation and certification of printing processes involving rapid prototyping, specifically Selective Laser Melting, is a crucial step towards the integration of additive technologies into the modern manufacturing market. This is especially true when dealing with the aerospace sector where, despite numerous recent efforts to produce and standardise tests, there still exists a significant gap in the development of a unified methodology that successfully correlates metal Powder Bed Fusion’s process parameters and various factors with the final component’s mechanical, metallurgical, and geometric characteristics. The aim of this thesis is to analyse the various qualification methods available on the market in order to validate an established qualification plan for Inconel 718 samples involved in the manufacturing of propulsive components for space applications. The research of optimal process parameters for this material applied to a SLM machine is the subject of investigation, which is performed by means of a series of preliminary printing jobs and their consequent evaluation. Additionally, using recycled powders in PBF processes has the potential to decrease material-related costs, thereby increasing the production advantage over traditional technologies. However, it is necessary to conduct an in-depth analysis of the effect of this variation on the ultimate quality of the manufactured components. The final section of this study seeks to validate previously identified parameters whilst investigating the implications of initial powder recycling steps on dimensional deviations, surface roughness, and sub-surface defects. The evaluation is performed by the analysis of geometric features implemented in a tailored artifact through different non-destructive inspection methodologies. Results reveal a distinct trend in the characteristics of the built parts as a function of the variation in the contour parameters, allowing the identification of an optimal parameters window. The subsequent analysis on the artifact confirms the ideality of the results obtained for most of the features implemented, showing no significant differences with the use of powders up to the second recycling step.

La valutazione e la certificazione dei processi di stampa che coinvolgono la prototipazione rapida, in particolare la Selective Laser Melting, rappresentano un passo cruciale verso l’integrazione delle tecnologie additive nel moderno mercato manifatturiero. Questo è particolarmente vero nel contesto del settore aerospaziale, dove, nonostante numerosi sforzi recenti per produrre e standardizzare test, esiste ancora un significativo divario nello sviluppo di una metodologia unificata che correla con successo i parametri del processo di Metal Powder Bed Fusion a vari fattori con le caratteristiche meccaniche, metallurgiche e geometriche del componente finale. L’obiettivo di questa tesi è analizzare i vari metodi di certificazione disponibili sul mercato al fine di convalidare un piano di qualifica stabilito per campioni di Inconel 718 coinvolti nella produzione di componenti propulsivi per applicazioni spaziali. La ricerca dei parametri di processo ottimali per questo materiale applicato a una macchina SLM è oggetto di indagine, che viene eseguita mediante una serie di lavori preliminari di stampa e la loro successiva valutazione. Inoltre, l’uso di polveri riciclate nei processi PBF ha il potenziale per ridurre i costi legati al materiale, aumentando così il vantaggio produttivo rispetto alle tecnologie tradizionali. Tuttavia, è necessario condurre un’analisi approfondita dell’effetto di questa variazione sulla qualità finale dei componenti prodotti. La sezione finale di questo studio cerca di convalidare i parametri precedentemente identificati mentre indaga sulle implicazioni dei passaggi iniziali di riciclo della polvere sulle deviazioni dimensionali, sulla rugosità superficiale e sui difetti sottosuperficiali. La valutazione viene eseguita attraverso l’analisi delle caratteristiche geometriche implementate in un manufatto su misura mediante diverse metodologie di ispezione non distruttiva. I risultati rivelano una tendenza distintiva nelle caratteristiche delle parti costruite in funzione della variazione nei parametri di contorno, consentendo l’identificazione di una finestra ottimale di parametri. L’analisi successiva sull’artefatto conferma l’idealità dei risultati ottenuti per la maggior parte delle caratteristiche implementate, mostrando nessuna differenza significativa con l’uso di polveri fino al secondo passaggio di riciclo.